Zjawisko Fotoelektryczne i inne
Fotoelektronami nazywamy elektrony uwalniane z powierzchni substancji przez światło, a sam fakt ich uwalniania nazywamy zjawiskiem fotoelektrycznym lub fotoemisją.
W chwili wybicia energia kinetyczna elektronu wynosi:
e*V2 = U0*½m
Od czego zależy prędkość najszybszych elektronów ?
-od długości fali padającego promieniowania
-im większa częstotliwość (krótsza fala), tym prędkość jest większa
-zjawisko fotoelektryczne zajdzie jeśli częstotliwość przekroczy pewną wartość graniczną
-prędkość nie zależy od natężenia padającego światła , od niego zależy ilość fotoelektronów czyli prąd.
RÓWNANIE EINSTEINA-MILIKANA
Energia padającego kwantu przechodzi na pracę wyjścia elektronu z metalu i nadanie mu prędkości (energia kinetyczna).
= W + (mVm2/2)**h******************************
kwant****h
WŁAŚCIWOŚCI FOTONU.
Foton - kwant światła
Energia fotonu - Ef = s*10-34 J* , h = 6,625*h
*c = h/*Pęd fotonu - pf = m
Masa fotonu - mf = **/c2 = h/c**E/c2 = h
E = mc2
Energia całkowita ciała - E = EO + EK
EO - energia spoczynkowa
EK - energia kinetyczna
DUALIZM KORPUSKULARNO - FALOWY
Dualizm korpuskularno - falowy oznacza , że :
- ) (dyfrakcja , interferencja) i*,*fala elektromagnetyczna ma charakter falowy ( jednocześnie charakter korpuskularny (E, p, m) (zjawisko fotoelektryczne , zjawisko Comptona)
- podobnie cząstka elementarna ma oprócz charakteru korpuskularnego charakter falowy. Fale materii de Brogli'a. Dyfrakcja (ugięcie) elektronów - doświadczenie Davissona-Garmera.
Dualizm korpuskularno - falowy oznacza dwoisty charakter materii.
POSTULATY BOHRA.
Postulaty:
1) Istnieją w atomie orbity, po których elektrony krążąc nie tracą energii. Elektrony na tych (dozwolonych) orbitach spełniają warunek:
rn =*Vn*m ) - moment pędu*(h/2*n
2) gdy elektron uzyska energię to może przeskoczyć na wyższą orbitę a wracając emituje energię :
= Em - En**h
z „m” na „n”
PROMIENIE ORBIT ATOMU WODORU.
, k =*) , A = h/2*(h/2*rn = n*Vn*m 109*3**0) ***1/(4
e2/r n2*Vn2/rn = k*m
0 - bezwzględny współczynnik* przenikania próżni
n2 , r1=53pm*rn = r1
ENERGIA ELEKTRONU NA N-TEJ ORBICIE.
Vn2/2*EK = m
(1/n2) , E1 = -13,6 eV*En = E1
=**E 0
E3 = -1,6 eV poziomy
E2 = -3,4 eV energetyczne
E1 = -13,6 eV
E = 13,6 eV - energia jonizacji atomu wodoru
WZÓR BALMERA.
* 1/n2 - 1/m2)] , m**= 1/[R>n
m-1* 11 *m-1 *R = 10,97
) jest*Lambda ( długością fali emitowanej przy przeskoku elektronu z powłoki (orbity) „m” na „n”.
Linie serii Lymana - n=1
Linie serii Balmera - n=2
Linie serii Paschena - n=3
Linie serii Balmera należą do pasma światła widzialnego , Lymana do nadfioletu , a Paschena do podczerwieni.
PROMIENIE ROENTGENA
Gdyby cała praca przeszła na produkcję energii to zostałby wyprodukowany kwant.
**e = h*U
*c/*e = h* U*************** = c/*****
g =* e*c/U*h
g - graniczna długość (najkrótsza) widma ciągłego*
Widmo ciągłe nazywamy widmem hamowania gdyż jest ono skutkiem hamowania elektronów przez anodę.
Widmo charakterystyczne (liniowe) - jest ono wynikiem wzbudzenia bliższych jądra elektronów w atomach anody. Jest ono charakterystyczne gdyż charakteryzuje ono rodzaj materiału antykatody. Inny materiał da inne układy linii charakterystycznych.
ZASTOSOWANIE PROMIENI ROENTGENA.
Pierwiastki pochłaniają promienie X tym bardziej im większa jest liczba atomowa danego pierwiastka.
min = 0,001 nm*max = 10 nm , *X:
1) medycyna
2) prześwietlanie metali
3) zastosowanie naukowe : badanie struktur kryształów
JĄDRA ATOMU
1) Odkrycie jądra atomu - .*bombardowanie cienkiej folii złota cząstkami
2) Budowa i skład jądra atomu.
Składa się ono z protonów (11p) i neutronów (10n) , które wspólnie noszą nazwę nukleonów. Masa protonu i neutronu jest bardzo podobna. Neutron ma masę nieco większą od protonu , proton ma ładunek dodatni , zaś neutron nie ma ładunku , jest obojętny.
A - masa atomowa , liczba masowa , liczba nukleonów
X
Z - liczba atomowa , liczba protonów
N = A - Z - liczba neutronów
Jądra danego pierwiastka mogą się różnić liczbą neutronów , są to tzw. izotopy, wśród których wyróżniamy również promieniotwórcze zwane radioizotopami.
PROMIEŃ JĄDRA.
10-13 cm*A , r0 = 1,3 *3*r = r0
A - masa atomowa
Spektrograf masowy - badając zaczernieni kliszy można wywnioskować o ilości izotopów i procentowym składzie.
DEFICYT MASY JĄDRA.
Deficytem (niedoborem) masy jądra nazywamy różnicę między sumą mas oddzielnych nukleonów i masą jądra , które z nich powstaje.
m = Zmp +* (A-Z)mn - mj
mc2 - energia wiązania*E =
mp = 1,007276 u = 1,67239 10-27 kg**
10-27 kg**mn = 1,008665 u = 1,67470
Jednostka masy atomowej: 1u (unit) jest to 1/12 masy jądra atomu węgla 126C.
10-27 kg**1u = 1,66053
Promieniotwórczość jest to emisja pewnych cząstek z jądra atomu.
-* jądro atomu helu
- strumień elektronów*
- promienie* elektromagnetyczne , krótsze niż X.
Promieniowania te odkryto poprzez przepuszczanie promieniowania przez pole elektryczne oraz magnetyczne i badanie odchyleń.
PRAWO ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO.
N = N0/2t/T
N0 - liczba jąder preparatu nierozpadniętych w chwili t0
N - liczba jąder nierozpadniętych po upływie czasu t
N0 - N - liczba jąder które rozpadły się w czasie t
Czas półrozpadu -T1/2 - jest to czas , w którym połowa liczby jąder ulegnie rozpadowi.
REGUŁY PRZESUNIĘĆ.
- jest to*1. Rozpad .*przemiana jądrowa w wyniku której jest emitowana cząstka
= He++*42
+ energia*Y + 42********AZX
A = (A-4) +4
Z = (Z-2) +2
22688Ra + energia*22286Rn + 42**
Rad przechodzi w Radon.
.**2. Rozpad
~ + energia* + 00*AZ+1Y + 0-1**AZX
~* + 00*11p + 0-1**10n
+ energia*21483RaC + 0-1**21482RaB *
Bi**Pb
.**3. Rozpad
+ energia* + 00*AZ-1Y + 0+1**AZX
* + 00*10n + 0+1**11p
REAKCJE JĄDROWE.
Reakcjami jądrowymi nazywamy przemiany jąder atomowych wywołane ich wzajemnym oddziaływaniem lub ich oddziaływaniem z cząstkami elementarnymi.
Odkrycia pierwszej reakcji jądrowej dokonano na lekkich jądrach.*podczas prowadzenia badań nad rozpraszaniem cząstek *Badania te prowadzono w komorze Wilsona. Przy każdym zderzeniu tor cząstki ulegał gwałtownej zmianie , ale odrzucane było również trafione jądro , którego .*tor tworzył charakterystyczne rozwidlenie w torem cząstki
Pierwsza przechodzi w tlen i proton.*zaobserwowana reakcja: azot bombardowany cząstką
178O + 11p** *147N + 42
Wszystkie reakcje jądrowe możemy podzielić na pewne , ściśle określone grupy.
Reakcje elastycznego rozpraszania cząstek na jądrach - w tym procesie bombardująca cząstka zderza się z jądrem ulegając na nim elastycznemu rozproszeniu. Zarówno jądro jak i cząstka nie zmieniają swojego składu w trakcie oddziaływania.
AZX + A1Z1c ,gdzie „c” cząstka**AZX + A1Z1c
Nieelastyczne rozpraszanie cząstek na jądrach - oddziałująca z jądrem cząstka wzbudza je na pewien ściśle określony poziom energetyczny. Dzieje się to kosztem energii kinetycznej bombardującej cząstki.
AZX' +**AZX + A1Z1c A1Z1c
Reakcje prowadzące do przemian jądrowych - w wyniku takich reakcji zostaje utworzone nowe jądro i inna cząstka.
A3Z3Y + A4Z4c**A1Z1X + A2Z2c energia**
REAKCJA ROZSZCZEPIENIA.
Możliwość rozszczepienia jądra cięższego na dwa jądra lżejsze wykazali Otto Hahn i Fritz Strassmann. Stwierdzili oni , że w roztworach wodnych uranu (Z=92) , naświetlanych powolnymi neutronami , powstają pierwiastki lżejsze (np. Bar Z=55). Pierwiastki te musiały powstać podczas rozszczepienia uranu na dwa jądra lżejsze.
Suma mas dwu jąder wytworzonych w trakcie rozpadu jest mniejsza niż masa jądra ciężkiego ulegającego rozszczepieniu.
Powstający deficyt masy :
m = mA - (mA1 +* mA2 + kmn)
mA - masa jądra ciężkiego
mA1,mA2 - masy jąder lekkich będących produktami rozpadu
mn - masa neutronu
k - liczba neutronów
ZASTOSOWANIE REAKCJI ROZSZCZEPIENIA.
1. Reaktor jądrowy ( pręty paliwowe , pręty regulacyjne , reflektor grafitowy , chłodziwo , betonowa osłona)
2. Bomba atomowa.
REAKCJA SYNTEZY.
Są to takie reakcje , podczas których bardzo silnie związane jądra lekkie łączą się w jądra cięższe o znacznie mniejszej energii wiązania z wydzieleniem olbrzymiej ilości energii. Typowym przykładem reakcji syntezy jest reakcja , podczas której dwa jądra deuteru 21D , będącego izotopem wodoru łączą się w jedno jądro helu 42He.
21D + 21D = 42He + Q(energia)
2,01355u - 4,00260u =*= 2**m = 2mD - m* 0,02450u
10-29 kg*m = 4,249 *
4,00260 u****m
mD = 2,01355 u
Reakcja syntezy przeprowadzana jest dotychczas w formie eksplozji bomby wodorowej.
IZOTOPY.
Izotop danego pierwiastka tworzą te jego jądra , które mają taką samą liczbę neutronów.
Rola neutronów w otrzymywaniu sztucznych izotopów.
C + 10n***** *94Be + 42